Selvmonteringsteknik kan føre til længe ventede, enkel metode til at lave mindre mikrochipmønstre

I de sidste par årtier, mikrochipproducenter har været på en søgen efter at finde måder at gøre mønstrene af ledninger og komponenter i deres mikrochips stadig mindre, for at passe flere af dem på en enkelt chip og dermed fortsætte den ubønhørlige fremgang mod hurtigere og mere kraftfulde computere. Det fremskridt er blevet vanskeligere på det seneste, da fremstillingsprocesser støder op mod fundamentale grænser, der involverer, for eksempel, bølgelængderne af lyset, der bruges til at skabe mønstrene.

Nu, et team af forskere ved MIT og i Chicago har fundet en tilgang, der kunne bryde igennem nogle af disse grænser og gøre det muligt at producere nogle af de smalleste ledninger til dato, ved hjælp af en proces, der let kunne skaleres op til massefremstilling med standardtyper af udstyr.

De nye resultater rapporteres i denne uge i tidsskriftet Natur nanoteknologi , i et papir af postdoc Do Han Kim, kandidatstuderende Priya Moni, og professor Karen Gleason, alle på MIT, og af postdoc Hyo Seon Suh, Professor Paul Nealey, og tre andre ved University of Chicago og Argonne National Laboratory. Mens der er andre metoder, der kan opnå så fine linjer, holdet siger, ingen af ​​dem er omkostningseffektive til storproduktion.

Den nye tilgang bruger en selvsamlingsteknik, hvor materialer kendt som blokcopolymerer er dækket af en anden polymer. De aflejres på en overflade ved først at opvarme prækursoren, så den fordamper, lad det derefter kondensere på en køligere overflade, meget som vand kondenserer på ydersiden af ​​et koldt drikkeglas på en varm dag.

"Folk vil altid have mindre og mindre mønstre, men at opnå det er blevet dyrere og dyrere, " siger Gleason, der er MIT's associate provost samt Alexander og I. Michael Kasser (1960) professor i kemiteknik. Dagens metoder til fremstilling af funktioner mindre end omkring 22 nanometer (milliarddele af en meter) på tværs kræver generelt opbygning af et billede linje for linje, ved at scanne en stråle af elektroner eller ioner hen over chipoverfladen - en meget langsom proces og derfor dyr at implementere i stor skala.

Den nye proces bruger en ny integration af to eksisterende metoder. Først, et mønster af linjer fremstilles på chipoverfladen ved hjælp af standard litografiske teknikker, hvor lyset skinner igennem en negativ maske placeret på chipoverfladen. Den overflade er kemisk ætset, så de områder, der blev belyst, opløses væk, efterlader mellemrummene mellem dem som ledende "ledninger", der forbinder dele af kredsløbet.

Derefter, et materialelag kendt som en blokcopolymer - en blanding af to forskellige polymermaterialer, der naturligt adskiller sig selv i vekslende lag eller andre forudsigelige mønstre - dannes ved at spinde coating af en opløsning. Blokcopolymererne er opbygget af kædelignende molekyler, hver bestående af to forskellige polymermaterialer forbundet ende-til-ende.

"Den ene halvdel er venlig med olie, den anden halvdel er venlig med vand, " Kim forklarer. "Men fordi de er fuldstændig bundet, de sidder lidt fast med hinanden." Dimensionerne af de to kæder forudbestemmer størrelsen af ​​lag eller andre mønstre, de vil samle sig ind i, når de afsættes.

Endelig, en top, beskyttende polymerlag afsættes oven på de andre ved hjælp af kemisk dampaflejring (CVD). Denne top coat, det viser sig, er en nøgle til processen:Det begrænser den måde, blokcopolymererne selv samler på, tvinger dem til at danne lodrette lag snarere end vandrette, som en lagkage på siden.

Det underliggende litografiske mønster styrer placeringen af ​​disse lag, men copolymerernes naturlige tendenser bevirker, at deres bredde er meget mindre end basisliniernes. Resultatet er, at der nu er fire (eller flere, afhængigt af kemien) linjer, hver af dem en fjerdedel så bred, i stedet for hver original. Det litografiske lag "styrer både orienteringen og justeringen" af de resulterende finere linjer, forklarer Moni.

Fordi det øverste polymerlag desuden kan mønstres, systemet kan bruges til at opbygge enhver form for kompleks mønstre, efter behov for sammenkoblinger af en mikrochip.

De fleste mikrochipfremstillingsfaciliteter bruger den eksisterende litografiske metode, og selve CVD-processen er et velforstået yderligere trin, som relativt nemt kunne tilføjes. Dermed, implementering af den nye metode kunne være meget mere ligetil end andre foreslåede metoder til at lave finere linjer, såsom brug af ekstremt ultraviolet lys, hvilket ville kræve udvikling af nye lyskilder og nye linser for at fokusere lyset. Med den nye metode Gleason siger, "Du behøver ikke at ændre alle de maskiner. Og alt, hvad der er involveret, er velkendte materialer."